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通过离散元法初步模拟了微球在重力作用下的堆积行为,并分析了氚增殖区Li4SiO4球床的局部堆积结构.研究结果表明,摩擦系数和恢复系数对球床最终堆积结构有很大的影响.当摩擦系数较小时,摩擦系数对球床堆积结构的影响起主要作用;当摩擦系数较大时,恢复系数对球床堆积结构的影响起主要作用.球形颗粒从靠近壁面处的规则分布逐渐过渡到内部区域的均匀随机分布.球床局部堆积因子表现出了明显的壁面效应,其分布随着微球到壁面距离的增加而呈现出振幅逐渐减小的振荡趋势.所得到的球床堆积结构信息可用于研究球床传热特性和提氚气体流动特性的随机堆积球床模型的建立.     

HCCB-TBM包层Li_4SiO_4球床堆积结构的数值模拟

通过离散元法初步模拟了微球在重力作用下的堆积行为,并分析了氚增殖区Li_4SiO_4球床的局部堆积结构。研究结果表明,摩擦系数和恢复系数对球床最终堆积结构有很大的影响。当摩擦系数较小时,摩擦系数对球床堆积结构的影响起主要作用;当摩擦系数较大时,恢复系数对球床堆积结构的影响起主要作用。球形颗粒从靠近壁面处的规则分布逐渐过渡到内部区域的均匀随机分布。球床局部堆积因子表现出了明显的壁面效应,其分布随着微球到壁面距离的增加而呈现出振幅逐渐减小的振荡趋势。所得到的球床堆积结构信息可用于研究球床传热特性和提氚气体流动特性的随机堆积球床模型的建立。     

随机填充增殖剂球床内载气流动特性数值模拟

固态氚增殖包层是聚变堆及聚变-裂变混合堆产氚包层的重要候选结构之一,其球床通道内载气流动特性将影响氚提取效率。利用离散元方法(DEM)生成随机填充增殖剂球床,通过径向孔隙率分布验证其合理性,计算流体力学(CFD)模拟计算其通道内气体流场特征。模拟得到:球床内吹扫氦气流速随孔隙率波动并随入口流速增大而均匀增大,通道内氦气流向及流速变化显著,Blake-Kozeny方程可良好预测该随机填充球床通道压降。     

CFETR水冷包层两元混合增殖球床流动特性研究

作为中国聚变工程实验堆(CFETR)候选包层之一的水冷包层(WCCB),拟采用不同尺寸的两元混合增殖球床以增加球床的填充率,从而满足氚增殖比(TBR)要求。采用离散元方法(DEM)建立了满足中子学要求的CFETR水冷包层两元球床填充结构,通过CFD计算分析获取了氦气在球床颗粒间隙之间的流动特性,包括孔隙率分布、速度分布和压降等。     

增殖剂球床载气体流动特性

增殖剂球床是聚变堆或混合堆产氚包层可选结构之一,准确把握增殖剂球床中载带气体的流动特性有助于提高对球床载氚过程的认识并优化包层设计。采用离散元程序PFC3D模拟增殖剂小球的填充行为,在球床内不同位置随机截取不同尺寸的控制体,利用布尔运算中的"差集"得到孔隙范围,建立孔隙分布的三维几何模型,进一步划分网格并用计算流体力学(CFD)方法求解,得出控制体上单位长度的压降以及单元体内的速度分布特征,计算结果发现载带气体速度分布与γ分布很类似,且只要选取恰当的控制体,通过计算流体力学方法可以较好地分析整个球床孔隙内流体的流动,有利于进一步研究载氚及相关过程。     

固态氚增殖包层中球床堆积性能研究

基于球床堆积实验和离散元数值模拟对包层中球床的堆积性能做了初步研究。圆柱形一元(单尺寸颗粒)球床的堆积性能的结果显示随着球床直径与颗粒直径比的增大,球床的平均堆积因子逐渐增高,实验与模拟结果一致;采用二元颗粒(双尺寸颗粒)、提高颗粒粒度比可以显著提高球床的堆积因子,二元球床的堆积因子随着大颗粒体积分数的增加先增加后减小,在大颗粒体积分数约为60%~80%时达到最大。优化了二元球床的填充工艺,最终二元球床的堆积因子基本达到0.8,但球床的均匀性欠佳。     

格栅颗粒复合堆积床内流动传热的实验研究

颗粒有序堆积床相比于颗粒无序堆积床具有压降较小的优点,但在实际操作中,有序堆积床的实现具有一定的难度,本文设计了一种可快速实现有序堆积的新结构,即带有格栅的复合颗粒堆积结构。采用萘升华热质比拟方法对格栅颗粒复合堆积结构中的颗粒-流体对流传热系数进行了研究。结果表明,格栅复合堆积结构相比于简单立方堆积结构,压降略高,但传热系数也有大幅度提高;而相比于无序结构,在传热系数下降不多的情况下,压降大大减低。格栅颗粒复合堆积结构的综合传热系数最高,可为堆积床的设计提供一种新的思路。     

包层氚增殖球床不同装载方案的有效热导率研究

针对聚变堆固态包层的产氚载体中锂陶瓷颗粒组成的氚增殖球床,建立了基于离散元-计算流体力学(DEM-CFD)方法的球床传热分析模型,进行了离散元(DEM)几何模型有效性验证、网格敏感性分析和计算流体力学(CFD)传热模型有效性验证.用该模型模拟计算了粒径分布球床、不同粒径的一元球床、二元球床的有效热导率,研究了相同填充率...     

蓄冷球堆积床动态放冷性能研究

根据蓄冷球和载冷剂之间的能量平衡,并考虑载冷剂与蓄冷球之间的换热系数变化、载冷剂的导热、蓄冷球堆积床热损失的影响,建立了蓄冷球堆积床放冷过程的数理模型。采用数值计算方法模拟了蓄冷球堆积床的放冷过程,并讨论载冷剂流速、载冷剂入口温度以及堆积床孔隙率对放冷过程中载冷剂出口温度和放冷量的影响。     

均匀化模型对CFETR氦冷包层中子学影响研究

在CFETR氦冷固态包层及球床结构的最新概念设计方案中,基于均匀化模型、仅球床均匀化模型与高保真模型分别进行了中子学计算分析.研究了结构均匀化及球床空间自屏效应对包层中子学影响以及小球尺寸对氚增殖比的影响.结果表明,(1)结构均匀化模型对氦冷包层中子学影响较小;(2)随着小球直径的减少,球床空间自屏效应堆氚增殖比的影响...     

中国 HCCB-TBM 氚增殖球床热工水力学特性数值模拟

基于 CFD 软件平台,针对中国 HCCB-TBM 氚增殖区球床热工水力学特性开展 3 维数值模拟研究。 依据 ITER 实际运行工况给出吹氚氦气和结构冷却剂氦气在硅酸锂球床内的流动与传热特性,获取球床内详细的 速度分布、温度分布和压力降。计算结果表明：圆球的排列方式影响球床内氦气流场和球床的最高温度;ITER 运行工况下 HCCB-TBM 增殖区硅酸锂小球及其壁面的最高温度不会超过设计温度。研究结果为增殖区热工水力 学方案的设计验证和下一步开展实验提供参考。     

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As one of the breeding blanket candidates for China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR), the water-cooled ceramic blanket (WCCB) was proposed to use binary mixed breeding pebble bed in order to increase the packing factor and meet tritium breeding ratio requirement. The DEM method was used to establish the packing structure of binary pebble bed which can meet the neutronics requirements and the flow characteristic of helium in the pebble bed was analyzed by CFD simulation. Porosity distribution, velocity distribution and pressure drop in the pebble bed were discussed.     

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Based on the CFD software platform FLUENT, three-dimensional numerical simulation was carried out for thermal hydraulics characteristics of the breeder zone pebble bed for China helium cooled ceramic breeder-test blanket module (HCCB-TBM). According the actual operating conditions of ITER, such as the nuclear heat distributions in the breeder zone and structure wall, the inlet velocities and temperatures of purge gas helium and coolant helium, the flow field and heat transfer characteristics of the purge gas helium carrying the tritium flowing over the lithium silicate pebble bed were obtained, and the temperature distribution and pressure drop were presented as well. The calculation results show that the permutation mode of the lithium silicate spheres in the pebble bed have an influence on the flow field and the maximum temperature of the pebble-bed. The maximum temperature of the pebble-bed and the structure wall does not exceed the designed temperature under the ITER operating conditions. The results will be benefit for the design verification of the breeder zone thermal hydraulics scheme and improving the following experiments of the purge gas.     

几何参数对低波纹通道流动与换热特性的影响

本文对几种不同几何模型的低波纹通道进行了传热及阻力性能数值研究,在一定的流速范围内得出了传热和阻力的特性曲线.分析了通道高度、波纹波峰高度、通道宽度对流动与换热的影响.结果表明,通道高度越小,换热越强,同时压降也增加;波纹波峰高度越大,换热加强,压降也相应增加;通道宽度越大,换热几乎不变,但压降随之降低.     

微通道内气体流动的DSMC方法

基于压力边界条件开展了微尺度低速流动DSMC方法的研究, 定义了两个无量纲参数作为微尺度DSMC方法下网格尺寸与时间步长的约束条件, 通过微尺度Poiseuille流进行了方法的验证与比较, 获得了网格尺寸与时间步长的一般原则。在此基础上, 对变截面的单孔和双孔模型的微通道气体流动进行DSMC模拟, 结果表明, 通道几何形状对微尺度气体流动具有显著影响, 孔口后由于通道收缩, 产生压降, 导致气流加速, 并在孔口下游拐角处发生分离; 双孔口模型的流动结构与单孔口模型相似, 且在相同压差情况下, 经双孔口后的气体流速低于经单孔口后的气体流速; 随着入口压力的增加, 经过孔口压缩后的速度越大, 分离区尺寸也越大。      

Thermalhydraulic Characteristics in Annular Pebble Beds with Axial and Radial Gas Flows

The purpose of this article is to determine the heat transfer and hydraulic drag in thin annular pebble beds with axial gas flow and investigate the flow distribution along annular pebble beds with radial flow. The experimental investigations showed that in thin annular pebble beds heat transfer values, equal to those for large (unlimited) pebble beds, could be achieved. The observed distributions of the radial flow in annular pebble beds demonstrated that regulation of flow distribution is possible by changing the permeability of the inner wall (outlet header) of the annular channel.